创新型特色计算机专业教学体系的研究与实践

孙力娟　徐小龙　章　韵　陈丹伟

摘要:本文以南京邮电大学计算机专业的本科教育为示范,阐述了在创新型特色计算机专业教学体系中如何实现与网络通信进行有机的结合,设置具有鲜明特色的课程体系与教学内容以及如何设置实践环节,包括教学与实验的结合、实验室和实验平台的建设、创新训练计划、科研项目以及各类竞赛的参与、校外实践基地的建设等相关措施。

关键词:计算机教育;创新;特色

中图分类号:G642 文献标识码:A

1引言

我国将进入创新型国家行列,计算机教育也将面临难得的发展机遇,《国家中长期科学和技术发展规划纲要》提出了五个创新和五个发展,计算机科学与技术在其中都起到了关键与核心作用。但是,当前社会对计算机专业培养的学生创新实践等能力普遍产生质疑。实质上,计算机专业主要研究计算机领域中具有共性的理论、技术和方法,以及各种前沿性的计算机新应用,在学科专业建设中起着举足轻重的作用。并且,从目前的情况来看,很多高校的计算机专业仍然普遍强调知识传授,把学生当作知识灌输的对象、外部刺激的接受器、前人知识与经验的存储器。学生在毕业时,仅仅学习理论知识,掌握了基本的方法,缺乏自主创新能力和实践能力、研究探索能力和独立解决问题的能力。而且各高校的计算机专业学生存在着同质化的趋势,即没有体现各高校自己的背景、特色和优势。

本文针对目前这一现状,对兼具“创新型和特色型”计算机专业的教学体系展开深入的研究,对教学体系中的课程结构、教学内容、实践环节设置等核心问题进行深入、系统的探索和实践,以培养出具有较强竞争力的计算机专业人才。

2特色计算机专业的课程体系和教学内容的设置

在“计算机专业”教学内容与课程体系方面,应使主干课程更为明确,设置更为合理,特色更为鲜明。目前,从清华、北大一流大学到规模很小的一些院校,几乎都开设了计算机专业,由于各学校的师资力量、办学水平和能力差别很大,因此培养出来的学生档次必然不同。但纵观我国各高校计算机专业的教学计划和教学内容不难发现,几乎所有高校的教学体系、教学内容和培养目标都差不多,这显然是不合理的,各学校应针对自身的办学水平进行目标定位和制订相应的教学计划、确定教学体系和教学内容,并形成自已的特色,培养出适应市场需求的专业人才。

网络通信技术作为21世纪最具发展潜力、最有应用价值的技术领域之一,对计算机专业的发展提出了更高的要求。由于我校长期为IT行业培养人才,在通信和网络应用领域有着深厚的基础和优势。计算机专业自然依靠学校已有的通信优势资源,为满足社会各个行业对计算机及通信技术人才培养奠定了基础。

课程和课程群是人才培养方案的关键。根据《高等学校计算机科学与技术发展战略研究报告暨专业规范(试行)》,并参考国际上IEEE-CS/ACM CC2004课程体系和国外一流大学的课程体系,结合自身特色,设置计算机专业的课程体系和教学内容。首先深入研究基础理论与使用计算机之间、素质与能力之间的辩证关系,掌握现代教育思想“以培养学生发现问题、解决问题的能力为主要目的”的精神实质,改变以往一成不变的教学模式和教学内容,需要把最新的计算机知识引入课程体系中。为此,首先需要从计算机专业的课程设置及课程教学内容等各方面进行改革,以实现我们的培养目标。

首先从横向来将计算机专业课程分为通识基础课、学科基础课、专业基础课程、专业课程四个方面,如图1所示。通识基础课程可设置为高等数学、线性代数、大学物理、程序设计等;计算机相关学科基础课程群可设置为计算机科学与技术导论、数据结构、操作系统、计算机组成原理、汇编语言、软件工程、数据库系统等;专业课程可设置为计算机网络与通信、计算机软件、计算机硬件三个方向。从课程设置可以看出,我们自然的将通信类课程融入到计算机专业的课程体系中来。

为了构建体系科学、内容优选的课程与课程群,开展了以创建计算机软件、硬件和计算机网络及通信等课程群为目标的建设工作。通过调研、讨论,将专业课程体系和内容与国内外高水平大学的课程体系和内容进行比较分析,具体研究课程群的课程设置和教学内容的整合优化。不断制订新的教学计划和大纲,理顺课程关系,更新教学内容,精简教学时数,强化创新教育和研究性学习。使课程教学更具规范,提高了课程教学质量。为达到网络通信类知识与计算机专业知识的进一步融合和互相渗透,还增设了一系列选修性交叉课程,如软件中通信中的应用,基于网络的计算机软件技术等。

3创新型计算机专业实践环节的设置

高校应该为提高学生的理论研究和科学实践素养,以及提高学生在学习过程中获取创新精神和理论研究和科学实践的能力创造必要的条件。要培养出达到上述理想目标的计算机专业本科学生,必须从多层面、多环节来设置计算机专业的实践环节,使学生充分参与课程实验和实践,从而提高其实际动手能力、问题求解能力以及综合科研能力。我们在计算机专业实践环节的设置上,具体做了以下一系列工作。

3.1课程教学与实验、设计环节的紧密结合

根据教学计划,全面制订了计算机专业实践教学环节的教学大纲,用以指导规范各项实习实践教学活动,在执行过程中严格按计划执行和规范过程管理。实验教学环节的建设以专业基础课实验教学为主,兼顾专业课实验的需要,结合专业方向,注重专业原理,加强设计和综合实验。在主干课程的教学中,将更加注重实践过程的训练及程序设计的训练并保证质量,通过专业课程设计要求学生完成与主干课程密切相关的设计性或综合性课题。

在高年级学生的培养方案与课程体系建设中,注重理论创新与工程开发并重的研究能力和综合科研素质。强调基础理论的深化、专业知识的拓展,使其掌握科学研究方法,提高综合科研素质。还从工作实践出发,在充分调研的基础上,探索了毕业设计对计算机专业创新人才培养的作用,针对近几年大学生在毕业设计这个阶段出现了新的情况和新的问题,分析了当前毕业设计质量滑坡的原因,从规范化管理、教学改革、工作质量评估等几个方面,提出将毕业设计的各个环节有机地结合起来,并使得管理更加科学、高效、透明,使学生真正得到锻炼。目前,我们已经着手探索“团队式、协作型、规模化”毕业设计模式,让多名毕业生共同合作完成一个较大型的、面向实际应用的毕业设计课题。

3.2实验室和实验平台的持续建设

实验室建设是专业建设的一个十分重要的方面,我们精心规划和制定了实验室建设方案,在建设过程中,始终坚持教学改革的思想,深化实验教学改革,努力提高实验和实践教学质量,加强实验室的科学管理,提高管理水平和综合效应,加强实验室建设,充分调动实验室人员的积极性,真正把实验室建设成本科人才培养的重要基地。计算机学院目前拥有由中央与地方共建的“计算机实验教学中心”,以优良的硬件环境为基础,设立合理的实验课题,加强实验室软环境建设,提高实验管理水平,通过多种形式延长开放实验室,让学生有较多的动手实践的机会。

计算机通信实验室除了提供基础实验条件以外,还能够提供接近真实网络环境的,代表通信网络先进技术的实验平台。通过真实的网络环境,让学生一边学习理论知识,一边认识、了解和掌握网络设备的结构、功能和使用方法,并动手进行必要的网络设计、网络组建和网络应用的实验,从而让学生直观、全方位了解各种网络设备和应用环境,真正加深对网络原理、协议、标准的认识;计算机硬件实验室备有多台计算机供学生进行拆卸和组装操作,使学生从“配件级”来了解计算机的硬件系统、工作原理,熟悉计算机故障快速诊断的方法,掌握多种操作系统及各类常用应用软件的安装技能,增强学生的动手能力和解决实际问题的能力,此外,还将探索构建基于虚拟现实技术的计算机组装及维修网络虚拟实验环境。

我们还陆续构建和完善微型计算机原理和接口技术综合实验平台、计算机网络综合实验平台、嵌入式网络系统实验平台、单片机技术实验平台以及计算机组成原理综合实验平台等等。

通过在实验室和实验平台的学习和实践,学生便能掌握扎实的理论基础和很强的实践动手能力,从而在将来的就业竞争中拥有优势。

3.3鼓励学生参与大学生创新训练计划

为了进一步推动高等教育教学改革,促进人才培养模式和教学方法的创新,鼓励和支持大学生尽早参与科学研究、技术开发和社会实践等创新活动,不断激发学生学习的主动性、积极性和创造性,提高大学生的科学素质和文化素养,培养大学生的创新精神、创业精神和实践能力、团队合作精神和交流表达能力,鼓励和支持学生参与“大学生创新训练计划”。

大学生实践创新训练计划的实施注重实践创新研究过程,引导学生在导师的指导下,自主选题、自主设计实验实训、组建实验实训设备、实施实验实训、进行数据分析处理和撰写总结报告等工作,不断提高学生的自我学习能力、团结协作能力和组织实施能力。鼓励学生结合学科专业,从自身所长与兴趣出发,积极参与实验实践活动,在探索、研究、创新的实践训练过程中,提出自己的观点与见解。我们要求指导教师负责全程指导学生进行实践创新训练,鼓励行业、企业一线专家担任指导教师。同时计算机学院专门开辟大学生创新中心,免费提供学生实践创新训练所需的实验实训场地和仪器设备,支持学生完成训练项目。

3.4鼓励学生参与老师的高水平科研项目

要培养能够成为创新型人才的学生,使其能够进一步提升其创新能力、实践能力、团队合作能力,则必须在适当的时候,在其具备一定的知识和能力前提下,让其能够较深入地参与实际的科研项目中去,或是参与国家或省级重点实验室工作。

在创新型人才培育体系中构建了有教授、博士生和硕士生组成的层次网状结构的本科生创新型人才培养团队,即学生参与由较高学术和科研水平教授所领导的高水平的科研项目研发工作。这样,一方面可以获得这些学者更贴近的指导;另一方面可以和其他的青年学者、博士生、硕士生进行更为密切频繁的交流和互动,获得更进一步指导,学以致用,而其未受约束的思维也常常能够展现出意想不到的思想火花。学生在实际的工作过程中还能因为其工作成果,尤其在科研工作中取得突破,而获得成就感和自信心。

3.5积极组织学生参与各类竞赛

鼓励并组织学生参加各类竞赛,学生创新精神和实践能力普遍得到增强。目前,相当比例的计算机专业学生在校期间参加省级及以上各类竞赛并多次获奖,近五年累计获奖100多项,其中有2007年美国国际大学生数学建模竞赛一等奖、2005年美国大学生交叉学科数模竞赛(ICM)一等奖、2005年RoboCup(足球机器人)美国公开赛亚军、2005年获第二届中国青少年科技创新奖等。计算机专业本科生马洁的创新成果“多智能体自主对抗系统(足球机器人

世界杯锦标赛)”在2005年10月23日受到国务院总理温家宝同志和江苏省委书记李源潮同志的高度肯定和评价。

3.6校企合作,积极建设校外实践基地

在建立优良的校内实验、实践环境的同时,注重校外实践。学校与国家机关、IT行业的企事业单位有良好的合作关系,与企事业单位一起构建高质量的人才培养基地。

校外实践基地培养模式主要有三个方面的内容:一要保证实践时间,计算机专业的学生要具体到某一实践基地去进行生产实习。二要保证实践基地,使学生有固定的实践地点,我们与IT企业和事业单位合作,签订协议保证学生有更多的实习基地的选择,重点遴选若干技术力量雄厚、专业特征相符、适合大学生创新实习的友好企业作为长期合作的实习基地和科技研发伙伴。从提供实践基地场所的企业来说,去实习的学生,为企业提供更好更多的人才选择机会。三要保证实习师资力量,在实习基地应保证有固定的老师指导学生实习,可聘请实习单位经验丰富之士为学生现身说法、现场讲授、现场演示。同时加强对本专业老师的实习培训,以便让其对学生的指导有的放矢。

4结束语

针对如何培养出具有较强竞争力的计算机专业人才这一目标,本文对创新型特色计算机专业教学体系中的课程结构、教学内容、培养模式等核心问题进行深入、系统地研究与探索。本文以南京邮电大学计算机专业的本科教育为示范,阐述了如何与本校在网络通信领域的行业背景进行有机的结合,设置具有鲜明特色的课程体系与教学内容;本文从多层面阐述了在创新型计算机专业实践环节的设置,具体包括了课程教学与实验、设计环节的紧密结合、实验室和实验平台的持续建设、鼓励学生参与大学生创新训练计划和高水平科研项目、组织学生参与各类竞赛、积极建设校外实践基地等相关措施。本文的研究和实践成果相信对其他专业的教学体系的改革也具有一定的参考价值。

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The Study and Practice on Computer Education Architecture with Innovative and Characteristic Features

SUN Li-juan, XU Xiao-long, ZHANG Yun, CHEN Dan-wei

(College of Computer, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China)

Abstract: This article introduces the example of the undergraduate computer education of Nanjing University of Posts and Telecommunications as a model on how to set up the curriculum system and teaching content with distinct characteristics based on the communication technology background of our university in the computer education architecture with innovative and characteristic features. This article also describes the combination of the teaching and experience, the persistent construction of laboratory and experimental platform, the participation in the science and technology innovation training programs, high-level research projects and a variety of competitions, the construction of out-of-school practice bases, etc.

Key words: computer education, innovation, characteristics